低渗透油田超前注水技术应用研究

常治辉 原创 | 2014-10-25 11:54 | 收藏 | 投票

摘要:低渗透油田存在启动压力梯度和介质变形的特点,超前注水机理的研究及现场试验表明,在低渗透油藏中建立有效的驱替压力系统, 降低了因地层压力下降造成的地层伤害和油井的初始含水率, 因而提高了投产初期油田的产量,降低了递减率。
  关键词:低渗透油田 超前注水 启动压力梯度 采收率
  为了改善低渗透油田开发效果, 提高最终采收率,必须采取保持压力的开发方式。我国大多数低渗透油田弹性能量小, 渗流阻力大, 油井投产后, 压力下降快,产量递减大, 而且压力、产量降低之后, 恢复起来十分困难。为避免产生这种情况,对天然能量小的低渗透油田,宜实行超前注水,保持地层压力的开发原则。
  一、超前注水增产机理
  超前注水是指注水井在采油井投产前投注,油井投产时其泄油面积内含油饱和度不低于原始含油饱和度,地层压力高于原始地层压力,并建立起有效驱替压力系统的一种注采方式。
  1.建立了有效的压力驱替系统减小了启动压力梯度的影响
  低渗透油藏中, 描述具有启动压力梯度的渗流规律为:
  其中:
  V—渗流速度, cin/s;
  K—油层渗透率,×103um2;
  U—液体粘度, mPa.S;
  入—启动压力梯度;
  由上式可以看出, 只有当gradp>入时, 液体才能流动。亦即当压力梯度增大时,启动压力梯度对液体的影响相应减弱了。
  2.降低了因地层压力下降造成的渗透率和油井产能损失
  油井投产后,排出井眼附近储层中的流体, 由于低渗透油藏天然能量小, 传导能力差。短时间难以补充油井能量的消耗, 于是出现产量递减, 压力下降的现象。油层压力下降, 会导致储层骨架发生弹塑性变形而造成孔隙减小。渗透率降低。这样就加剧了油井产量。压力的递减和下降。超前注水就可以较好地保持地层压力, 减弱储层因压力下降而造成渗透率和油井产能的损失。
  3.提高了注入水的波及体积
  当低渗透油藏采用滞后注水开发方式时, 主要是较高渗透层段供液, 使得较高渗透层段的压力降落较大。当注水井投注之后, 注入水将优先沿渗流阻力小的较高渗透层段快速突进, 再加上较高渗透层段采出段压力降比较大, 更加剧了注入水沿较高渗透层的突进,使注入水的平面波及系数减小。
  当采用超前注水开发方式时, 由于油田在未投入开发前地层处于原始压力平衡状态, 各点处的压力基本保持一致。注入水在井底周围地层中向外推进是均匀的, 首先沿渗流阻力小的较高渗透段推进, 当较高渗透层段的地层压力升高后, 注入水推进阻力加大,同时因高低渗透层段之间的压力差, 迫使注入水进入较低渗透层段, 提高了较低渗透层段的地层压力, 缩小了两者之间的压力差,从而有效地提高了注水平面波及系数。
  4.降低了油井的初始含水率
  根据实验研究结果,油水两相在低渗透地层中作为稳定渗流时,它们各自的流动符合有启动压力梯度的线性渗流规律。油层含水率与启动压力梯度的关系为
  其中:
  fw—含水率;
  Kro,Kw —油、水的相对渗透率, um2;
  K—绝对渗透率,um2;
  To—原油极限剪切应力, MPa;
  Ф—孔隙度;
  入—启动压力梯度;
  由此可以看出, 在其他相同条件下, 启动压力梯度越大, 含水率越小;原油极限剪切应力越小, 含水率越低;渗透率越低, 含水率越高;超前注水提高了地层压力, 减小了地层压力下降对地层孔隙度、渗透率的伤害, 因此降低了含水率。
  二、超前注水技术
  1.原油可动用程度
  超前注水技术中,极限供油半径内, 可动油的动用程度与渗透率、压力梯度的关系为
  其中:
  F—可动用油动用程度;
  K—绝对渗透率, um2;
  可动油的动用程度与驱动压力梯度成正比, 驱动压力梯度越大, 则可动油的动用程度亦越大
  2.注水压力
  对于低渗透砂岩油藏, 有两种情况要具体对待。一是不存在天然裂缝而吸水能力特别差的低渗透储层, 为满足注水需要, 可适当提高注水压力, 接近或略高于油层破裂压力, 使近井地带产生一些微裂缝条件下注水。二是裂缝比较发育的低渗透砂岩油藏, 注水压力不仅要低于油层破裂压力, 而且要控制在裂缝开启或延伸压力之下。在确定油层破裂压力后, 注水井的最大井口压力公式为
  其中 Pfmax—注水井井口最高注人压力, MPa;
  △Pi—为防止超过破裂压力而设定的保险压差,MPa;
  Pu—油管摩擦压力损失, MPa ;
  Pac—水嘴压力损失, MPa;
  Hm—油层中部损失,m;
  Dw—注入水相对密度。
  3.压力保持水平的确定
  在储层渗透率为2.0x 10-3um2时,孔隙度为12%,注水强度为3.0m 3/(d.m)的情况下, 通过对同步注水、超前1-6个月7个方案的模拟, 其结果表明:随着超前注水时间的延长, 累积注人体积增大, 单井产量逐步上升。当累积注水量、地层压力达到一定水平时, 单井产量增幅达到最大。而地层压力保持水平超过120 % 时,单井产量反而降低。因此,地层压力保持水平为原始地层压力的120%左右时, 采油井投产可以获得较高的单井产量。
  三、结语
  超前注水使地层保持了较高的压力水平, 建立了有效的压力驱替系统, 使油井产量较高, 含水较低,初期递减较小。超前注水可以提高单井产量15%~20%。虽然超前注水在地质上取得了较好的效果, 但新区或较大规模地实施, 就得先期进行地面注水系统建设,实际操作起来应具体问题具体分析。
 

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